(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれボルト孔を有し、表面に溶射膜を被覆した一対の鋼材を突き合せ、当該突き合せた一対の鋼材を、表面に溶射膜を被覆した添接板を介してボルト締結接合してあり、
前記ボルトはＰｂ、Ｃｄ、Ｓｎ及びＢｉ成分の合計が０．１６質量％以下で、Ｃｕ成分０．２０質量％以下、Ａｌ成分０．００５質量％以下及び残部がＺｎと不可避的不純物からなるめっき浴を用いて溶融亜鉛めっき被膜を形成してあり、
前記ボルトを用いて締結接合後に当該ボルトに溶射膜を被覆してあることを特徴とする長期防錆接合の構造体。
【請求項２】
前記構造体は複数枚の、ウェブとフランジとからなる部材を接合してあり、
ウェブはウェブ添接板を介してボルト締結接合し、フランジはフランジ添接板を介してボルト締結接合した鋼桁であって、
前記ウェブ、フランジ、ウェブ添接板及びフランジ添接板は表面に溶射膜を被覆してあることを特徴とする請求項１記載の長期防錆接合の構造体。
【請求項３】
前記ボルトは前記溶融亜鉛めっき被膜を形成後に１次防錆処理を施してあることを特徴とする請求項１又は２記載の長期防錆接合の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼材からなる防錆に優れた接合構造体に関し、特にボルト締結接合後に溶射することで、ボルトの締結面の溶射を無くすことができ、リラクゼーションによる軸力減少率の低減に効果的で長期防錆が可能な接合構造体及びその施工方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等の構造物に用いられる鋼桁等においては長期間にわたって防錆が要求されている。
そこで、ＮＥＴＩＳ登録番号：ＱＳ−０４０００５の新技術報告（非特許文献１）では、塗装による防錆または、溶融亜鉛めっきによる犠牲防食よりも長期防錆機能を有する防錆方法として、鋼材に溶射材を用いて表面に溶射膜を被覆することを開示する。
しかしながら、せっかく鋼材本体を長期防錆してもボルトに溶射膜が被覆されていないために接合部が腐食し、赤錆が発生するという問題があった。
その最大の理由は、溶射膜を被覆したボルトの接合は締め付け時の回転摩擦により溶射膜にキズが残り防錆効果が期待できなくなること、予め溶射膜を被覆したボルト接合は締結後に溶射膜を被覆した場合に比べて溶射被膜面数が２倍になり、ボルトの溶射膜部分に起因したリラクゼーションにより軸力が大きく減少するからである。
例えば、非特許文献２は、溶融亜鉛めっき被覆したボルトであっても接合面にめっき被膜が無い場合に比べてリラクゼーションの軸力が低下することを報告する。
従って、長期防錆を目的に溶融亜鉛めっきボルトの上に溶射膜を被覆することはさらにリラクゼーションが大きいことが予想されるのみならず、従来の溶融亜鉛めっきでは、溶射膜が正常に形成されない場合が多かった。
【０００３】
特許文献１には鉄製品に溶融亜鉛めっきを施し、その後に亜鉛を溶射する技術を開示するが、溶射膜の密着性に問題がありボルトによる接合構造体に適用できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３７２１７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＮＥＴＩＳ登録番号：ＱＳ−０４０００５  技術名称：プラズワイヤー工法
【非特許文献２】日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿）昭和５５年９月  ２４１２  めっき高力ボルト接合に関する研究
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は鋼材をボルト接合する際にリラクゼーションによる軸力減少を抑えつつ、長期防錆に優れた接合構造体及びそれに用いるボルトの製造方法の提供を目的とする。
また、ボルト締付けによる長期防錆膜の擦れキズを防止するための施工順序（施工方法）の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る長期防錆構造体は、溶射膜を被覆した鋼材同士を、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｎ及びＢｉ成分の合計が０．１６質量％以下で、Ｃｕ成分０．２０質量％以下、Ａｌ成分０．００５質量％以下及び残部がＺｎと不可避的不純物からなるめっき浴を用いて溶融亜鉛めっき被膜を形成したボルトにて締結接合した後に当該ボルトに溶射膜を被覆してあることを特徴とする。
なお、構造体の具体例としては、それぞれボルト孔を有し、表面に溶射膜を被覆した一対の鋼材を突き合せ、当該突き合せた一対の鋼材を、表面に溶射膜を被覆した添接板を介してボルト締結接合してあり、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｎ及びＢｉ成分の合計がめっき被膜に対して０．１６質量％以下の溶融亜鉛めっき被膜を形成したボルトを用いて締結接合後に当該ボルトに溶射膜を被覆した例が挙げられる。
この場合にボルトは表面全体に溶融亜鉛めっき被膜を施してあり、当該溶融亜鉛めっき被膜中に含有するＰｂ、Ｃｄ、Ｓｎ及びＢｉ成分の合計がめっき被膜に対して０．１６質量％以下であるために、溶射時の発熱に対して、上記低融点成分のガス化を抑えることができ、その上に溶射する溶射膜の密着性が優れる。
また、ボルトを締結後に溶射することは、ボルトの締結接触面には溶射膜が存在しないことを意味し、その分だけリラクゼーションを少なく抑えることができる。
このようにすると構造体は複数枚の、ウェブとフランジとからなる部材を接合してあり、ウェブはウェブ添接板を介してボルト締結接合し、フランジはフランジ添接板を介してボルト締結接合した鋼桁であって、前記ウェブ、フランジ、ウェブ添接板及びフランジ添接板は表面に溶射膜を被覆してあり、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｎ及びＢｉ成分の合計がめっき被膜に対して０．１６質量％以下の溶融亜鉛めっき被膜を形成したボルトを用いて締結接合後に当該ボルトに溶射膜を被覆してあることで接合部の長期防錆が可能になる。
この場合に溶射用ボルトの製造方法として、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｎ及びＢｉ成分の合計が０．１６質量％以下の溶融亜鉛めっき被膜を被覆し、その後に必要に応じてブラスト処理及び１次防錆処理を施す方法を採用するとよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にあっては、鋼材をボルトにて締結接合後にこのボルトに溶射が可能なので、ボルトに予め溶射膜を施した場合にこのボルトの溶射膜に起因して生じるリラクゼーションが無く、締結後に密着性に優れた溶射膜を被覆することでボルト締付けキズが残存しないので接合部全体の長期間の防錆が可能である。
また、従来の溶射技術では、所定の溶射の付着量を確保するためにブラスト処理後、鋼材表面に錆の発生や塵や埃が付着しないうちに速やかに溶射する必要があった。
よって、従来の溶射技術では、屋外溶射できる施工環境にない。
これに対して、上記溶融亜鉛めっき被膜表面に、化成被膜による一次防錆処理（化成被膜による短期防錆処理）を施しためっき被膜を溶射の下地にすることによって屋外の溶射作業を可能にし、溶射前に屋外曝露しても密着性を維持できるので、現地で締結接合後、所定の日数以内に溶射をすれば良く、現場施工性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】接合構造体の例を示し、（ａ）は全体斜視図を示し、（ｂ）は接合部の分解図を示す。
【図２】評価に用いた溶融亜鉛めっきの成分表を示す。
【図３】テストピースの大きさを示す。
【図４】テストピースの溶射条件及び評価方法を示す。
【図５】評価結果を示す。
【図６】評価した溶射条件を示す。
【図７】溶射条件と溶射膜の密着性の評価結果を示す。
【図８】めっき後の処理条件と、その密着性の評価条件を示す。
【図９】１次防錆処理の有無による溶射膜の密着性評価結果を示す。
【図１０】屋外曝露期間の影響を調査した結果を示す。
【図１１】めっき被膜中の化学成分と溶射膜の密着性評価結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る構造体の例を図１に示す。
本発明は溶融亜鉛めっきをしたボルトを用いてボルト締結後に、このボルトにも溶射膜を被覆可能にした点に特徴があり、この実施例に限定されるものではない。
本実施例は、ウェブ１２とフランジ１１からなるＨ形鋼を複数、ボルト締結接合した鋼桁の例である。
左右一対のウェブ１２は、それぞれボルト孔を有し、ウェブ同士を突き合わせ、ウェブ添接板１３をその突き合せ部に当接し、ウェブ添接板１３にも設けたボルト孔からボルト２０を挿通し、締結接合する例である。
フランジ１１もボルト孔１１ａを有し、フランジ添接板１４，１５をその突き合せ部の両面に当接し、ウェブと同様にボルト孔１４ａ，１５ａにボルト２０を挿通し、ナット２１にて締結接合する。
また、必要に応じて座金２０ａ，２１ａを用いる。
【００１１】
この場合にフランジ１１，ウェブ１２及び各添接板にはＡｌ−５％Ｍｇ合金あるいはＺｎ−Ａｌ系合金の溶射材を用いてガスフレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射手段等を用いて溶射膜を被覆形成してあり、ボルト２０、ナット２１及び座金２０ａ，２１ａは表面全体に後述する溶融亜鉛めっきを施してあり、締結後に、上記溶射材を用いて溶射膜を被覆形成する。
従って、ウェブ、フランジ、添接板と同様にボルト、ナットにも溶射膜が形成されるので長期防錆が可能であり、ボルト、ナット及び座金においてウェブ、フランジ添接板等の接触面に溶射膜が無い分だけリラクゼーションが少なくなる。
【００１２】
次に、溶融亜鉛めっきの処理方法についての検討結果を説明する。
図２に示すような組成の溶融亜鉛めっき浴を用いて、図３に示すような大きさの鉄板に浴温４５０℃にて溶融亜鉛めっきをし、その後に図３に示したように右側はシンナー拭きを施し、左側はアランダム＃６０（三昌研磨材株式会社）にて軽くエアーブラスト処理を施した。
このテストピースにＡｌ−５％Ｍｇ，φ１．６の溶射材を用いてプラズマ溶射（ｐｗ溶射）にて溶射膜を被覆し、その溶射膜の外観評価と密着力測定（テクノテスターＲ−２０００Ｄを用いた）を実施した。
その条件を図４に表に示し、測定結果を図５に示した。
図５中、測定位置ａ，ｂ，ｃ，ｄは図３に示した部分であり、ａ，ｂは軽くブラスト処理した部分でｃ，ｄはシンナー拭きした部分に担当する。
ＴＰＮｏ．は、めっき浴のＮｏ．に対応し、溶射膜の膜厚は、測定トータル膜厚からめっき被膜の膜厚を差し引いて求めた。
なお、従来の溶融亜鉛めっきによる比較例１（段落０００６に示しためっき被膜）は溶射膜が剥離し、溶射そのものが実施できなかった。
この結果、本発明品はシンナー拭きによる脱脂処理のみでも溶射時の焦や、溶射被膜の弾きが比較例に比べて格段に少なかった。
但し、ＮＯ．１及び２は脱脂のみでは不充分で軽くブラスト処理するのが好ましいことが明らかになった。
ＮＯ．３及び４が脱脂のみでもある程度の密着性が認められることから、Ｃｕ成分の影響もあることが推定され、Ｃｕ成分は高温酸化を抑え、ＮＯ．５からはＣｕ成分が０．５％では過剰であることが推定できた。
【００１３】
次に、図２に示しためっき浴Ｎｏ．４を用いて膜厚４５〜５５μｍの溶融亜鉛めっき処理した試験片を用いて溶射条件による密着性の違いを調査した。
その条件を図６の表に示す。
溶融亜鉛めっきの後に軽くブラスト処理を施した上にガスフレーム溶射、アーク溶射、及びプラズマ溶射による溶射した溶射膜の密着性を評価するに当たり、ブラスト処理後に所定の日数においてから現地にて溶射することが想定される。
そこで、屋外曝露を促進させる目的で、ブラスト処理しためっき板の上に、精製水を霧吹きにて吹きかけ、２４時間、屋外放置したものと、ブラスト処理後にすぐに溶射したものとを比較した。
その結果を図７の表に示す。
精製水を散布し、２４時間屋外放置したものは密着性が低下する恐れがあることが明らかになった。
【００１４】
次に屋外曝露後に溶射しても密着性が確保できるように、溶射前の処理条件について調査した。
その処理条件及び密着性の評価結果を図８の表に示す。
表中、「めっき板仕様」は溶射前の試験片の作製条件を示す。
めっき浴Ｎｏ．３は図２の表に示すＮｏ．３のめっき浴を用いたものであり、この浴にＢｉ成分を０．１５質量％添加したものを合せて評価した。
同様にめっき浴Ｎｏ．４とは図２の表のめっき浴Ｎｏ．４を用いたことを示し、この浴にＢｉ成分を０．２質量％添加したものと比較評価した。
表中、「水冷有り、無し」は溶融亜鉛めっき後に水冷したものと空中放冷によりめっき表面にヤケを生じさせたものを比較調査した。
表中、「サンドブラスト＋白錆防止処理」とは、めっき表面にエアー噴射によるサンドブラスト処理した後に濃度０．１〜１％程度のタンニン酸水溶液に浸漬して、有機化成被膜処理したことを示す。
従って表中、「そのまま」とはこのサンドブラスト処理も白錆防止処理もしていなく、「サンドブラスト」とはサンドブラスト処理のみしたことを示す。
これらのいずれの試験片も精製水を噴霧し、２４時間屋外放置後にＡｌ−５％Ｍｇ合金の溶射材を用いてガスフレーム溶射した。
図９に示した密着性の評価結果を考察すると、溶融亜鉛めっき後に防錆処理することなく散水、２４時間屋外放置すると密着性が低下することからめっき後に所定の期間、屋外放置される場合に一次防錆処理すると良いことが明らかになった。
なお、サンドブラスト＋白錆防止処理（一次防錆処理）すると、めっき表面のヤケもその影響が小さくなることも明らかになった。
また、Ｂｉ成分を添加する場合には、Ｂｉ：０．１５％では密着性への影響は少ないが、Ｂｉ：０．２％では、溶射膜の密着性がやや低下した。
【００１５】
次に、溶射膜の密着性に対する白錆防止処理（１次防錆処理）の影響を調査した。
その条件及び評価結果を図９の表に示す。
表中、「めっき仕様」におけるめっき浴及び水冷工程の有無は図７の表と同様であり、表中、「白錆防止処理」において「Ｅ」と表示したものは０．１〜１．０％のタンニン酸水溶液に浸漬処理したものを示し、「Ｃ」はクロム酸水溶液によるクロメート処理したものを示す。
図９の表中、いずれの試験片もブラスト材としてホワイトアランダム＃２４（三昌研磨材株式会社）を用いて、軽くエアーブラスト処理（平均表面粗さＲａ：５〜３０μｍ）し、その後にタンニン酸処理あるいはクロメート処理し、精製水噴霧後２４時間屋外放置したものにＡｌ−５％Ｍｇ溶射材をガスフレーム溶射した。
この結果、溶融亜鉛めっき後に軽くブラスト処理し、化成被膜による１次防錆処理すれば、２４時間の曝露放置した後であっても溶射膜の密着性に優れることが明らかになり、その場合にめっき浴にＢｉ：０．１５％添加しても浴中のＰｂ成分が０．００８％以下、Ｃｄ成分０．００２％以下、Ｓｎ成分０．００２％以下であれば密着性に問題がないことが明らかになった。
【００１６】
溶射膜の密着性を確保できる条件が明らかになったので、次に屋外曝露期間の影響を確認調査した。
その条件及び評価結果を図１０の表に示す。
表中、屋外曝露期間は精製水の散水後の屋外放置日数を示し、その他の条件は図９の表に示したものと同じである。
この結果、散水後に１４日間屋外放置しても密着性の低下が認められなかった。
なお、密着力が３ＭＰａ以上であれば実用上、全く問題がないとされている。
【００１７】
これまでの試験、評価検討により溶融亜鉛めっき後の処理条件が明確になったことから、溶融亜鉛めっき被膜中の低融点成分の影響を再調査した。
調査に供しためっき被膜中の化学成分を図１１（ａ）の表に示す。
いずれのサンプルも溶融亜鉛めっき後に水冷、サンドブラスト処理、タンニン酸水溶液による１次防錆処理（有機化成被膜）、精製水散水後に２４時間屋外放置した。
この結果、（ａ）のサンプル番号に対応した密着力測定結果を（ｂ）に示すように、低融点成分を低く抑え、Ｂｉ成分を０．１５％以下に制御した場合のみならず、このＢｉ成分を０．００１％レベルに抑えた場合に、他のＰｂ、Ｃｄ、Ｓｎのいずれかを０．１５％添加しても溶射膜の密着性が低下しなかったことから、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｂｉ成分の合計が概ね０．１６質量％以下に抑えためっき被膜であれば溶射膜の密着性を確保できることが確認できた。
【符号の説明】
【００１８】
１０    桁
１１    フランジ
１２    ウェブ
１３    ウェブ添接板
１４    フランジ添接板
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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